某市政山嶺擴建隧道洞口復雜地質、地貌條件下的施工解決方案簡析

【摘要】作者以自己主持建造的某市政山嶺隧道為論述對象，對隧道洞口復雜地質、地貌條件下的施工解決方案進行簡析，論述內容主要涵蓋進口端洞口貫通前及貫通過程中的邊仰坡支護、套拱與管棚施工、洞口凹腔處理、開挖貫通及爆破設計等技術方案，并通過3D建模模擬施工過程，以指導施工。

【關鍵詞】山嶺擴建隧道;洞口復雜地質、地貌條件;套拱加長;仰坡凹腔處理;隧道貫通;爆破設計;3D建模

1、工程概況

1.1隧道概況

四家沖隧道位于為桃花源景區(qū)消防專用車道上，屬市政隧道工程，設計為單行隧道。隧道起訖樁號為BK0+154～BK0+264，全長110m，隧道最大埋深約21.13m。隧道進出口均采用削竹式洞門。

1.2隧道進出洞口邊坡、仰坡穩(wěn)定性評價（施工圖設計階段）

四家沖隧道在原位置進行擴建，南部區(qū)域出現小面積滑塌隱患，應進行治理（清方、支護）。進洞口位于坡腳，隧道進出洞口邊坡上部被殘積層的素填土、粉土覆蓋，下部強風化板巖、中風化板巖出露，植被較茂盛，坡度 24°～55°，除南部小部分區(qū)域外，未見滑坡、坍塌現象，斜坡穩(wěn)定。由于組成洞口邊坡體的巖石為板巖，具有開挖后迅速風化、強度大幅度降低的性質，自然條件下雖處于穩(wěn)定狀態(tài)，在進洞施工時仍存在滑塌隱患，需對邊坡進行防護。原施工圖設計進口段套拱長度僅為2.0m，距離實際洞口掌子面約16m，未考慮老洞口頂部仰坡約3.0m高凹腔及洞口拆除處理措施。

1.3施工及現場情況（施工階段）

隧道進口邊仰坡經多方會勘，由設計方補充完善設計，確定采取框架錨索、錨桿防護設計方案，施工方于2016年5月上旬開始進行邊仰坡殘坡積物清理，并為后繼錨索、錨桿施工做準備。另外，結合現場實際情況，施工方提出了進口套拱加長及洞口凹腔填充方案，并報監(jiān)理、設計及業(yè)主各方，經專家論證后予以實施。

總體思路為，首先完成洞口邊仰坡土石方開挖與錨索、格梁施工，再相繼進行老洞口外套拱施工、老洞拆除與邊墻位置上斷面開挖與初支;進口端洞內上斷面開挖與初支進行至距離套拱端部18.0m位置后（即拱部實際進洞位置，邊墻位置已進洞），完善套拱加長及長管棚施工;而后實施進口端洞口凹腔填充處理及后繼貫通施工。

實施前，先利用現場實測數據及施工方案設計數據，對各施工階段進行3D建模，并利用3D模型對作業(yè)班組實施技術交底，以指導施工。

2、施工技術方案

2.1洞口邊仰坡土石方開挖與錨索、格梁施工

結合進口端洞口地質地貌，在暫時保留原有老洞洞口的前提下，實施邊仰坡土石方開挖與防護工程施工。經測量放樣后，邊仰坡開挖與錨索、格梁施工分坡級交替進行，最終形成四級邊仰坡防護。其中老洞頂部既有凹腔處施工時盡量避免山體大面積擾動，以防止凹腔坍塌擴大。

邊仰坡錨索及格梁工程量大，在確保邊仰坡穩(wěn)定的前提下，邊仰坡開挖與錨索、格梁施工需不間斷進行，以盡快形成邊仰坡整體防護體系。期間嚴格控制格梁混凝土澆筑、錨索張拉、二次注漿與封錨等工序質量。

2.2套拱、鎖腳錨管及長管棚施工

結合現場原始地貌匹配測量，將洞口套拱按結構尺寸不同分為三段：第一段BK0+161.2～BK0+163.2長2.0m，為明洞對應段，邊墻、拱部厚度均為0.7m;第二段BK0+163.2～BK0+168.2長5.0m，為老洞洞口拆除后拓挖段，邊墻、拱部厚度均為0.46m;第三段BK0+168.2～BK0+179.2長11.0m，僅設套拱拱部，厚度0.46m，此段套拱已深入仰坡凹腔內，為洞口施工與主洞貫通重點控制段落，套拱拱部左右側各設一排φ42鎖腳錨管，錨管長度4.0m，與水平向朝下夾角20°，單側錨管間距0.4m，錨管端部深入套拱拱部邊角0.2m，與拱部鋼筋網搭接，其余長度錨入受承巖體。

因第二、三段套拱位于拱部出露、邊部暗挖段落，所以套拱澆筑前需完成洞內初噴及拱架架立（其中初支拱架分上下斷面兩次架立，上斷面拱架架立時，施做頂拱兩側與一次側拱腳部鎖腳錨管;后期下斷面拱架架立時，再施做二次側拱腳部鎖腳錨管，以確保拱架環(huán)閉前的穩(wěn)定性），在拱架上布設管棚套管，其中拱部初噴采取吊模明噴形式施工。另外，拱部左右側φ42鎖腳錨管需于套拱澆筑前完成安裝與注漿。鎖腳錨管施工完成后，即進行剩余套拱施工，套拱拱部混凝土采用泵送商品混凝土，施工時需安裝頂部模板，以確保拱部厚度控制在不小于46cm，施工完成后做好養(yǎng)護工作。

長管棚鉆孔、插管、壓漿等工序于套拱施工完成且混凝土強度達標后進行，施工過程中注意分析監(jiān)控量測數據，不作詳述。

2.3洞內拱架加固

從距離進口端套拱端部18.0m位置開始往大里程方向縱向6.0m、共計9榀拱架范圍實施內撐加固，加固采用φ108×6mm無縫鋼管與I20b工字鋼相結合。其中I20b工字鋼作為基礎聯系梁，縱鋪3道，每道長度6.5m，道間距1.2m，共需3根;φ108×6mm無縫鋼管作為豎向支撐立柱，縱向3排，每排9根，豎向置于基礎工字鋼上，縱向間距0.75m，橫向間距1.2m，長度為4.917～5.129m，共需27根。

加固施工前先對已開挖上斷面底部進行整平清理，然后排布I20b工字鋼基礎聯系梁并夯實，在工字鋼上依次豎向架立φ108×6mm無縫鋼管支撐立柱，立柱底部與頂部分別與工字鋼聯系梁及拱頂初支工字鋼焊接牢固。立柱垂直度控制在1%以內，立柱間縱橫向焊接Φ20鋼筋加以連接。

2.4洞口凹腔填充加固

洞內加固及套拱拱部施工完成后，即對洞口頂部凹腔實施填充加固處理。洞內填充加固處理分四步實施：

（1）第一步對凹腔進行排險清理。清理破碎分化巖石及土體。

（2）第二步澆筑凹腔下部C25片石混凝土，澆筑高度0.8～1.0m，其中片石含量不超過30%，嚴格控制澆筑質量，下部片石混凝土邊部與邊仰坡巖體接觸嚴密。

（3）第三步對凹腔上部實施掛網噴砼及架設副拱加固。掛網采用20cm*20cmφ6mm單層鋼筋網片，噴砼為C20噴射砼，副拱材料主要為I20b工字鋼。首先進行掛網及第一層5cm噴射砼施工;然后架設兩道頂部橫向工字鋼及兩道底部橫向工字鋼，并以豎向工字鋼立于底部橫向工字鋼上，上端頂立于頂部橫向工字鋼下，兩端均以焊接加固。豎向工字鋼共設置兩排，前排五根，后排三根，工字鋼長度依據現場實際尺寸裁定;最后實施第二層5cm噴射砼施工。

（4）第四步澆筑凹腔上部C25片石混凝土。此部分片石混凝土澆筑在對應段落隧道二襯澆筑完成后實施，分兩次澆筑完成，每次澆筑高度控制在0.8～1.0m，上部片石混凝土必須與凹腔頂部巖體接觸嚴密。

2.5洞內臨時加固拆除

凹腔下部填充、上部掛網噴砼及副拱加固完成后，經監(jiān)控量測觀測，洞內、洞外各項位移、沉降、收斂、變形及應力數據趨于穩(wěn)定且滿足《公路隧道施工技術規(guī)范》（JTG F60-2009）相關要求后，即可對洞內臨時加固予以拆除，以便開展后繼工序施工。

臨時加固拆除遵循“先支后拆、后支先拆”的原則，且同列支撐鋼管呈間隔分兩批拆除。拆除期間實時監(jiān)控，遇有數據變化必須立即停止拆除作業(yè)，并采取加固復位措施。拆除現場施工方與監(jiān)控量測方緊密配合，確保拆除作業(yè)在滿足安全的前提下順利完成。

施工時指派專職安全員現場掌控拆除作業(yè)，施工作業(yè)人員聽從指揮，規(guī)范作業(yè)，以杜絕安全事故發(fā)生。

2.6上斷面開挖貫通與初支

臨時加固拆除完成且經監(jiān)控量測觀測，洞內、洞外各項位移、沉降、收斂、變形及應力數據趨于穩(wěn)定且滿足《公路隧道施工技術規(guī)范》（JTG F60-2009）相關要求后，即實施上斷面開挖貫通作業(yè)。

因隧道上斷面未完全貫通段中間位置已有老洞貫通，剩余貫通作業(yè)僅針對上斷面拱頂及周邊部位。超前支護錨桿與小導管環(huán)向間距均按0.3m，長度5.5m，錨桿型號為Φ28，小導管為φ42管材。掘進時每鉆進尺控制在每榀一鉆，即進尺控制在0.75～0.8m，爆破布孔及裝藥參照本隧道相關爆破設計，周邊孔按正常開挖段維持不變，輔助孔根據現場情況有所減少，裝藥量根據進口端已掘進段巖層情況及剩余待爆巖層情況減少30～50%，主要原因為圍巖較為破碎、抵抗線減小且無序、臨空面呈發(fā)散狀且無規(guī)律等。另外，最后貫通段采取小炮修整開挖，以防超挖。

每鉆掘進過程前，超前支護需及時到位，掘進過程中，初支必須及時到位。上斷面開挖期間，監(jiān)控量測實施掌控。

2.7下斷面開挖與底板澆筑

上斷面開挖與初支完成且經監(jiān)控量測觀測，洞內、洞外各項位移、沉降、收斂、變形及應力數據趨于穩(wěn)定且滿足《公路隧道施工技術規(guī)范》（JTGF60-2009）相關要求后，即實施剩余下斷面開挖、初支與底板澆筑作業(yè)。其中下斷面爆破設計數據參照前節(jié)上斷面開挖相關內容。

下斷面開挖在滿足安全的前提下，以盡快完成初支封閉成環(huán)為準，且底板施工需及時跟進，以確保系統穩(wěn)定，同時，監(jiān)控量測實時控制。

另外，二襯施工也需及時跟進，在此不作詳述。

2.8監(jiān)控量測控制與預警

以上洞內加固、套拱施工、凹腔下部填充與上部加固、洞內臨時加固拆除、上下斷面開挖貫通直至二襯施工、凹腔上部填充完成等工序過程前、中、后，均需依據監(jiān)控量測控制與預警，具體實施細則及準則以滿足規(guī)范要求并參照本隧道相關監(jiān)控量測實施方案，在此不作詳述。

3、施工效果評價

四家沖隧道進口端于2016年8月完成主洞貫通，邊仰坡凹腔處理穩(wěn)固，各項質量、安全控制措施均實施到位，后繼洞門、二襯、路面及附屬工程完成順利，各項驗收指標均滿足設計及規(guī)范要求。

參考文獻：

[1]《公路隧道設計規(guī)范》（JTJD70-2004）

[2]《公路隧道施工技術規(guī)范》（JTGF60-2009）

[3]《錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范》（GB50086-2001）

[4]《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）

[5]重慶市《城市隧道工程施工質量驗收規(guī)范》（DBJ50-107-2010）

作者簡介：

林長利（1975-04），男，工程師，主要從事市政工程道路、橋梁及隧道施工與技術管理工作。